В предыдущей части была рассмотрена реализация аутентификации в API с использованием JWT, данные которого подписаны цифровой подписью. Такой подход гарантирует подлинность утверждений в токене, но при этом они могут быть легко прочитаны даже в консоли браузера. Для большинства API такого решения вполне достаточно. Однако если необходимо защитить содержимое токена, то на помощь приходит реализация JWT на базе JWE.

• Часть 1: JWT
• Часть 2: Реализация с JWS
• Часть 3: Реализация с JWE

Реализация JWT на базе JWE позволяет не только подписать утверждения, но и зашифровать их. Подробнее стандарт JWE был рассмотрен в первой части.

Принцип использования аутентификации на базе JWE ни чем не отличается от варианта с JWS, рассмотренного во второй части. При этом есть разница в реализации, которую сейчас и рассмотрим. Не будем создавать веб-приложение с нуля, а изменим уже созданное в предыдущей части так, чтобы оно генерировало и использовало JWT с зашифрованными утверждениями.

Исходный код проекта JwsAuthentication доступен на GitHub.

Ключи для шифрования данных

Для генерации и проверки JWE токена потребуется 4 ключа:

• два ключа для создания подписи и ее проверки (для асинхронного алгоритма это приватный и публичный).
• два ключа для шифрования и дешифрования данных (соответственно, публичный и приватный).

Интерфейсы ключей для подписи IJwtSigningDecodingKey и IJwtSigningEncodingKey, а так же их симметричная реализация SigningSymmetricKey были рассмотрены во второй части.

Ключи для шифрования данных опишем следующими интерфейсами:

// Ключ для шифрования данных (публичный)
public interface IJwtEncryptingEncodingKey
{
    string SigningAlgorithm { get; }

    string EncryptingAlgorithm { get; }

    SecurityKey GetKey();
}

// Ключ для дешифрования данных (приватный)
public interface IJwtEncryptingDecodingKey
{
    SecurityKey GetKey();
}

Создадим упрощенную реализацию описанных выше интерфейсов для реализации с симметричным ключом:

public class EncryptingSymmetricKey 
    : IJwtEncryptingEncodingKey, IJwtEncryptingDecodingKey
{
    private readonly SymmetricSecurityKey _secretKey;

    public string SigningAlgorithm { get; } = JwtConstants.DirectKeyUseAlg;

    public string EncryptingAlgorithm { get; } = SecurityAlgorithms.Aes256CbcHmacSha512;

    public EncryptingSymmetricKey(string key)
    {
        this._secretKey = new SymmetricSecurityKey(Encoding.UTF8.GetBytes(key));
    }

    public SecurityKey GetKey() => this._secretKey;
}

В контейнере веб-приложения, наряду с IJwtSigningEncodingKey, необходимо зарегистрировать реализацию IJwtEncryptingEncodingKey. Добавим соответствующий код в метод ConfigureServices(…) класса Startup:

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
    const string signingSecurityKey = "0d5b3235a8b403c3dab9c3f4f65c07fcalskd234n1k41230";
    var signingKey = new SigningSymmetricKey(signingSecurityKey);
    services.AddSingleton<IJwtSigningEncodingKey>(signingKey);

    const string encodingSecurityKey = "k72gnxq3pkum9toiub48o8s8sdbjhme1tg0m3p4jfkzovsgdqzgv6t47ig3tr5d9";
    var encryptionEncodingKey = new EncryptingSymmetricKey(encodingSecurityKey);
    services.AddSingleton<IJwtEncryptingEncodingKey>(encryptionEncodingKey);

    services.AddControllers();

    …
}

Генерация JWS

Действие Post в Контроллере AuthenticationController изменится полностью, т.к. теперь оно будет создавать JWT на базе JWS:

[AllowAnonymous]
public ActionResult<string> Post(
    AuthenticationRequest authRequest,
    [FromServices] IJwtSigningEncodingKey signingEncodingKey,
    [FromServices] IJwtEncryptingEncodingKey encryptingEncodingKey)
{
    // 1. Проверяем данные пользователя из запроса.
    // ...

    // 2. Создаем утверждения для токена.
    var claims = new Claim[]
    {
        new Claim(ClaimTypes.NameIdentifier, authRequest.Name)
    };

    // 3. Генерируем JWT.
    var tokenHandler = new JwtSecurityTokenHandler();

    JwtSecurityToken token = tokenHandler.CreateJwtSecurityToken(
        issuer: "DemoApp",
        audience: "DemoAppClient",
        subject: new ClaimsIdentity(claims),
        notBefore: DateTime.Now,
        expires: DateTime.Now.AddMinutes(5),
        issuedAt: DateTime.Now,
        signingCredentials: new SigningCredentials(
            signingEncodingKey.GetKey(),
            signingEncodingKey.SigningAlgorithm),
        encryptingCredentials: new EncryptingCredentials(
            encryptingEncodingKey.GetKey(),
            encryptingEncodingKey.SigningAlgorithm,
            encryptingEncodingKey.EncryptingAlgorithm));

    var jwtToken = tokenHandler.WriteToken(token);
    return jwtToken;
}

Рассмотрим данный код подробнее (аналогично тому, как это ранее было сделано для реализации на базе JWS):

1. Явно разрешаем доступ к данному Действию, указав для него атрибут [AllowAnonymous].
2. Проверяем данные пользователя. Для упрощения кода сама проверка пропущена. Считаем что клиент API передал существующее имя пользователя и корректный пароль.
3. Подготавливаем набор утверждений (claim), который будет сохранен в токене в зашифрованном виде в блоке CIPHERTEXT. 
4. Создаем JWT. Стоит обратить внимание на данные, передаваемые в JwtSecurityToken:
• issuer - имя приложения, сгенерировавшего JWT (утверждение iss в CIPHERTEXT).
• audience - для кого был сгенерирован JWT (утверждение aud в CIPHERTEXT).
• notBefore – дата начала действия токена. До нее он будет считаться не валидным (утверждение nbf в CIPHERTEXT).
• expiers – дата, после который JWT будет считаться не валидным и клиенту потребуется сгенерировать новый JWT (утверждение exp в CIPHERTEXT).
• issuedAt – дата создания JWT (утверждение iat в CIPHERTEXT).
• signingCredentials – определяет способ создания цифровой подписи, которая подтверждает валидность JWT (параметр alg в HEADER).
• encryptingCredentials – определяет алгоритм шифрования данных в блоке CIPHERTEXT (параметр enc в HEADER).

В текущем состоянии веб-приложение уже способно создавать JWT с зашифрованными утверждениями. Для этого достаточно сделать POST запрос к /api/authentication, передав в качестве данных JSON объект с любыми именем пользователем и паролем. В ответ будет содержаться JWT в формате "HEADER..INITVECTOR.CIPHERTEXT.AUTHTAG". Например:

eyJhbGciOiJkaXIiLCJlbmMiOiJBMjU2Q0JDLUhTNTEyIiwidHlwIjoiSldUIn0..35M000vhK1deYj2OdXzLIw.4wwly3ohGZ9tjypYw6CE7vr6CISF7eTthiM2hvBT-Q9KzyM2LqIy-yTSSIAkLMCTjTLH5rg5T4VtX70PsPD2WCh7cVqXAW_nF6CpFzDmReVpDXiAiY7TSH1gpjMhZVSpjqqRlWKepHV45UOKZkkX43xAmlldpzh_CbvtZLJxxG95z7Otmy6E89DElzYXbwRmiY8vS8Gpa21uOIAc-iebbdCfLTZFD_bNd8t7oZuPrCQF-PVp70SgjCT7LKUsWgqCfLlkt_89KXakt0rQVkxOPCenedilFHz4buhEDi5-hN0.LmNiOoHMUuO-qjdLRy7YWofHhXvOZHEU_bwoC8Zc42k

Блок ENCRYPTEDKEY отсутствует поскольку используется симметричный ключ.

Блок HEADER, содержащий служебные данные, по прежнему можно легко преобразовать в JSON даже в браузере, передав его содержимое в функцию atob(). Для токена, приведенного выше в качестве примера, получится следующее:

{
    "alg":"dir",
    "enc":"A256CBC-HS512",
    "typ":"JWT"
}

А вот получить утверждения, содержащиеся в CIPHERTEXT, уже не получится. Для этого потребуется приватный ключ, использованный для шифрования.

Аутентификация пользователя с JWT

Методе Configure() класса Startup остается без изменений. Он по прежнему должен вызывать UseAuthentication().

Изменения коснутся настройки проверки JWT. Как можно догадаться, в методе ConfigureServices() в вызове AddJwtBearer() необходимо указать ключ для дешифровки данных (утверждений):

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
    const string signingSecurityKey = "0d5b3235a8b403c3dab9c3f4f65c07fcalskd234n1k41230";
    var signingKey = new SigningSymmetricKey(signingSecurityKey);
    services.AddSingleton<IJwtSigningEncodingKey>(signingKey);

    const string encodingSecurityKey = "k72gnxq3pkum9toiub48o8s8sdbjhme1tg0m3p4jfkzovsgdqzgv6t47ig3tr5d9";
    var encryptionEncodingKey = new EncryptingSymmetricKey(encodingSecurityKey);
    services.AddSingleton<IJwtEncryptingEncodingKey>(encryptionEncodingKey);

    services.AddControllers();

    const string jwtSchemeName = "JwtBearer";
    var signingDecodingKey = (IJwtSigningDecodingKey)signingKey;
    var encryptingDecodingKey = (IJwtEncryptingDecodingKey)encryptionEncodingKey;
    services
        .AddAuthentication(options => {
            options.DefaultAuthenticateScheme = jwtSchemeName;
            options.DefaultChallengeScheme = jwtSchemeName;
        })
        .AddJwtBearer(jwtSchemeName, jwtBearerOptions => {
            jwtBearerOptions.TokenValidationParameters = new TokenValidationParameters {
                ValidateIssuerSigningKey = true,
                IssuerSigningKey = signingDecodingKey.GetKey(),
                TokenDecryptionKey = encryptingDecodingKey.GetKey(),

                ValidateIssuer = true,
                ValidIssuer = "DemoApp",

                ValidateAudience = true,
                ValidAudience = "DemoAppClient",

                ValidateLifetime = true,

                ClockSkew = TimeSpan.FromSeconds(5)
            };
        });
}

В остальном список параметров аналогичен исходному варианту с JWS. Обратите внимание, что подлинность токена по прежнему проверяется при помощи цифровой подписи.

После аутентификации утверждения будут доступны также в this.HttpContext.User.Claims.

Для проверки можно запустить веб-приложение и, получив JWT, обратиться к /api/values/.